Какой материал становится тверже, если по нему ударить?

Если вы часто роняете смартфоны, и они то и дело ломаются и разбиваются после удара, возможно, новая разработка ученых из Калифорнийского университета в Мерседе сэкономит вам тысячи нервных клеток. Они изобрели материал, который становится более жестким при ударе или растяжении.

Вдохновение на кухне

Выступая на собрании Американского химического общества, материаловеды рассказали, что на создание нового материала их вдохновил обычный кукурузный крахмал, который используют в кулинарии. Дело в том, что, в отличие от влажного песка, вязкость которого остается неизменной, независимо от того, смешан он или утрамбован, суспензия кукурузного крахмала при осторожном перемешивании больше похожа на жидкость, а при быстром ударении ведет себя как твердое вещество.

Ученые объясняют это тем, что крошечные частицы кукурузного крахмала, когда вы его медленно раздавливаете, отталкивают друг друга, но стоит вам резко ударить по массе (например, ложкой), эти же частицы начнут притягиваться, вызывая трение и действуя как твердое тело. Эта разница в поведении обусловлена размером частиц.

Фрикадельки и спагетти

Переходя от кухонного стола к столу лабораторному, материаловеды решили проверить, получат ли они схожий результат, если заменят кукурузный крахмал полимерным материалом. Сначала взялись за сопряженные полимеры — органические материалы с особыми свойствами, которые помогают им проводить электричество, оставаясь при этом относительно мягкими и эластичными. Эти материалы могут быть изготовлены из всевозможных комбинаций молекул. Используя комбинации разных молекул, ученые создали пленку, которая деформировалась или растягивалась при резких ударах. Чем быстрее были удары, тем жестче становился материал.

Далее, выбрав два положительно заряженных и два отрицательно заряженных полимера, исследователи получили материал со сверхмалыми структурами, похожими на миниатюрные фрикадельки в миске спагетти. Эти «фрикадельки» поглощали удары, не распадаясь полностью, сохраняя материал и его проводимость на месте.

Затем материаловеды стали добавлять в свое «блюдо» реактив 1,3-пропандиамин. И чем больше его становилось, тем прочнее получался итоговый продукт: «фрикадельки» слегка ослаблялись (чтобы материал мог выдерживать более сильные удары), а «ниточки спагетти» вокруг них укреплялись, сохраняя целостность материала.

Когда изобретение выйдет за двери лаборатории, из него, по словам ученых, можно будет делать ремешки умных часов, носимые датчики, мониторы здоровья (например, глюкометры) и многое другое.

Ну а мы пока продолжим кулинарные изыски и узнаем, что такое модифицированный крахмал.